ES2890246T3 - Method and device for compacting a ballast bed - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto (2) mediante una unidad de bateo (1) que comprende dos herramientas de bateo opuestas (6) que, solicitadas con una vibración, descienden en el lecho de balasto (2) durante un proceso de bateo y se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación, caracterizado por que por medio de un sistema de control (19) se preestablece un desarrollo de al menos una magnitud de vibración (16, 23) en dependencia de un tiempo de penetración (13) de las herramientas de bateo (6) en el lecho de balasto (2), y por que, de acuerdo con esta dependencia predeterminada, la magnitud de vibración se modifica automáticamente durante un proceso de penetración con un aumento del tiempo de penetración hasta alcanzarse una profundidad de penetración requerida de las herramientas de bateo (6).Procedure for the compaction of a bed of ballast (2) by means of a tamping unit (1) comprising two opposing tamping tools (6) which, requested with a vibration, descend into the bed of ballast (2) during a process of batting and move towards each other with an approach movement, characterized in that by means of a control system (19) a development of at least one magnitude of vibration (16, 23) is preset depending on a time of penetration (13) of the tamping tools (6) in the ballast bed (2), and because, according to this predetermined dependency, the vibration magnitude is automatically modified during a penetration process with an increase in the time of penetration until a required penetration depth of the tamping tools (6) is reached.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balastoMethod and device for compacting a ballast bed
Ámbito de la técnicaScope of the technique
La invención se refiere a un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo que comprende dos herramientas de bateo opuestas que, solicitadas con una vibración, descienden en el lecho de balasto durante un proceso de bateo y se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación. La invención se refiere además a un dispositivo para la realización del procedimiento.The invention relates to a method for compacting a ballast bed by means of a tamping unit comprising two opposing tamping tools which, requested by vibration, descend into the ballast bed during a tamping process and move together towards the other with an approaching movement. The invention further relates to a device for carrying out the method.
Estado de la técnicaState of the art
Ya se conocen varias unidades de bateo para el bateado debajo de las traviesas, por ejemplo, por los documentos AT 500 972 B1 o AT 513 973 B1. Las vibraciones que actúan sobre las herramientas de bateo pueden generarse mecánicamente por medio de un eje excéntrico o mediante impulsos hidráulicos en un motor lineal. En este caso, un operador tiene a su disposición distintas posibilidades de ajuste. Por el documento DE 31 44 485 A1 se conoce una unidad de bateo en la que se puede preestablecer una limitación de amplitud de un desplazamiento lateral de una unidad de bateo. Por el documento AT 339358 B se conoce un ajuste de la vibración de las herramientas de bateo. De este modo es posible adaptar la frecuencia de vibración, la amplitud y las fuerzas de vibración a las condiciones respectivas del balasto.Various tamping units for tamping under sleepers are already known, for example from AT 500 972 B1 or AT 513 973 B1. The vibrations acting on the tamping tools can be generated mechanically by means of an eccentric shaft or by hydraulic impulses in a linear motor. In this case, an operator has various setting possibilities at his disposal. From DE 31 44 485 A1 a battering unit is known in which an amplitude limitation of a lateral displacement of a battering unit can be preset. From AT 339358 B an adjustment of the vibration of tamping tools is known. In this way it is possible to adapt the vibration frequency, amplitude and vibration forces to the respective conditions of the ballast.
El documento AT 515801 B1 describe un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo, debiéndose identificar una cifra de calidad para una dureza del lecho de balasto. Para ello se registra una fuerza de aproximación de un cilindro de ajuste en dependencia de una distancia de aproximación y se define un número indicativo a través de un consumo de energía derivado de la misma. Sin embargo, este número indicativo no resulta muy relevante, ya que no se tiene en cuenta una parte considerable de energía que se pierde en el sistema. Además, la energía total realmente aplicada al balasto durante un proceso de bateo no permitiría una evaluación fiable de un estado del lecho de balasto. Además, para una determinación de una amplitud o de una frecuencia óptimas desde un punto de vista energético es necesario, en primer lugar, identificar la superestructura, lo que requiere mucho tiempo y conlleva unos costes elevados en el proceso de bateo.AT 515801 B1 describes a method for compacting a ballast bed by means of a tamping unit, a quality figure for a hardness of the ballast bed being to be identified. For this, an approach force of an adjustment cylinder is recorded as a function of an approach distance and an indicative number is defined through an energy consumption derived from it. However, this indicative number is not very relevant, since a considerable part of the energy lost in the system is not taken into account. Furthermore, the total energy actually applied to the ballast during a tamping process would not allow a reliable assessment of a ballast bed condition. Furthermore, for a determination of an optimum amplitude or frequency from an energetic point of view it is necessary, first of all, to identify the superstructure, which is time consuming and entails high costs in the tamping process.
Resumen de la invenciónSummary of the invention
La invención se basa en el objetivo de proponer una mejora con respecto al estado de la técnica para un procedimiento y un dispositivo del tipo citado al principio.The invention is based on the objective of proposing an improvement with respect to the state of the art for a method and a device of the type mentioned at the beginning.
Según la invención, esta tarea se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y mediante un dispositivo según la reivindicación 7. Las reivindicaciones dependientes proponen configuraciones ventajosas de la invención.According to the invention, this task is solved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 7. The dependent claims propose advantageous embodiments of the invention.
El procedimiento se caracteriza por que, por medio de un sistema de control, se preestablece un desarrollo de al menos una magnitud de vibración en dependencia de un tiempo de penetración en el lecho de balasto, y por que, de acuerdo con esta dependencia predeterminada, la magnitud de vibración se modifica automáticamente durante un proceso de penetración con un aumento del tiempo de penetración hasta alcanzarse una profundidad de penetración requerida de las herramientas de bateo. De este modo se consigue una penetración optimizada en cuanto a la energía de las herramientas de bateo. En este caso, la magnitud de vibración cambia automáticamente con el aumento del tiempo de penetración, de manera que el proceso de penetración se ajuste siempre a las condiciones reales del lecho de balasto. Esto significa que no es necesario identificar de antemano una superestructura y su dureza de balasto o su resistencia. Sobre la base del tiempo de penetración, simplemente se extrae una conclusión sobre la dureza del balasto.The method is characterized in that, by means of a control system, a development of at least one magnitude of vibration is preset as a function of a penetration time in the ballast bed, and that, in accordance with this predetermined dependency, the vibration magnitude is automatically modified during a penetration process with an increased penetration time until a required penetration depth of the tamping tools is reached. In this way an optimized penetration in terms of the energy of the tamping tools is achieved. In this case, the vibration magnitude changes automatically with increasing penetration time, so that the penetration process is always adjusted to the actual conditions of the ballast bed. This means that there is no need to identify a superstructure and its ballast hardness or strength in advance. On the basis of the penetration time, a conclusion is simply drawn about the hardness of the ballast.
En una realización sencilla del procedimiento, la magnitud de vibración se modifica para ello mediante una tabla y/o curva almacenada en un sistema de control. Así es posible llevar a cabo una adaptación rápida de la magnitud de vibración con una potencia de cálculo reducida.In a simple embodiment of the method, the vibration magnitude is changed for this by means of a table and/or curve stored in a control system. This makes it possible to carry out a rapid adaptation of the vibration magnitude with little computing power.
Además, resulta ventajoso que la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración con respecto al tiempo de penetración se modifique en tiempo real. De este modo es posible reaccionar rápidamente a condiciones especiales, por ejemplo, mediante un incremento más rápido de la magnitud de vibración al aumentar el tiempo de penetración. Además, un operador de la máquina de trabajo tiene la posibilidad de optimizar, en cualquier momento y en tiempo real, las especificaciones para un proceso de bateo.Furthermore, it is advantageous if the predetermined dependence of the vibration magnitude on the penetration time is changed in real time. In this way it is possible to react quickly to special conditions, for example by a more rapid increase in the vibration magnitude with increasing penetration time. In addition, an operator of the work machine has the possibility to optimize, at any time and in real time, the specifications for a tamping process.
Ventajosamente, como magnitud de vibración se prestablece una amplitud creciente. En caso de un lecho de balasto suelto (capa nueva) con poca resistencia, una amplitud reducida es suficiente para la penetración de las herramientas de bateo. En el caso de este lecho de balasto suelto no es necesario aumentar la amplitud. La masa de la unidad de bateo es suficiente para bajar las herramientas de bateo hasta la profundidad de mecanizado requerida. En caso de un lecho de balasto duro (largo tiempo de reposo), la penetración de las herramientas de bateo dura más tiempo debido a una mayor resistencia del balasto. En función del tiempo de penetración, la amplitud aumenta para contrarrestar y superar la mayor resistencia a la penetración. Advantageously, an increasing amplitude is preset as vibration magnitude. In the case of a loose ballast bed (new layer) with little resistance, a reduced amplitude is sufficient for the penetration of tamping tools. In the case of this loose ballast bed it is not necessary to increase the amplitude. The mass of the tamping unit is sufficient to lower the tamping tools to the required machining depth. In case of a hard ballast bed (long dwell time), the penetration of the tamping tools lasts longer due to a higher resistance of the ballast. Depending on the penetration time, the amplitude increases to counteract and overcome the increased resistance to penetration.
Otra mejora prevé preestablecer una frecuencia variable como magnitud de vibración. Una dependencia de la frecuencia del tiempo de penetración tiene un efecto de optimización de la energía en la unidad de bateo. Por ejemplo, se puede mantener una frecuencia más baja en caso de un lecho de balasto suelto. Sólo en el caso de un lecho de balasto duro, la frecuencia y, por consiguiente, la energía a consumir, aumentan con una prolongación del tiempo de penetración.Another improvement provides for presetting a variable frequency as vibration magnitude. A frequency dependency of the penetration time has an energy optimizing effect on the hitting unit. For example, a lower frequency can be maintained in the event of a loose ballast bed. Only in the case of a hard ballast bed, the frequency and, consequently, the energy to be consumed, increase with a prolongation of the penetration time.
Resulta además ventajoso que el tiempo de penetración y la energía empleada para la penetración en el lecho de balasto se registren en un dispositivo de evaluación. Mediante un registro de la energía necesaria para cada proceso de penetración se proporciona una documentación sencilla que puede utilizarse para una mayor optimización de los intervalos de mantenimiento.It is furthermore advantageous that the penetration time and the energy used for penetration into the ballast bed are recorded in an evaluation device. A record of the energy required for each penetration process provides easy documentation that can be used for further optimization of maintenance intervals.
El dispositivo según la invención para la realización de uno de los procedimientos antes citados comprende una unidad de bateo que presenta dos herramientas de bateo opuestas acopladas respectivamente, a través de un brazo pivotante, a un accionamiento de aproximación y a un accionamiento de vibración, preestableciéndose en un sistema de control del dispositivo una dependencia de al menos una magnitud de vibración del tiempo de penetración.The device according to the invention for carrying out one of the aforementioned methods comprises a tamping unit having two opposing tamping tools coupled respectively, via a pivoting arm, to an approximation drive and to a vibration drive, presetting in a device control system a dependency of at least one vibration magnitude on the penetration time.
En este caso resulta ventajoso prever un dispositivo de evaluación para registrar el tiempo de penetración y/o una energía consumida. Mediante el registro y la evaluación se mejora aún más un balance energético de la unidad de bateo.In this case, it is advantageous to provide an evaluation device for recording the penetration time and/or a consumed energy. By recording and evaluating an energy balance of the hitting unit is further improved.
Una variante perfeccionada adicional del dispositivo prevé configurar el sistema de control para ser capaz de aprender, de manera que permita incluir procesos de bateo previamente registrados en una optimización de energía, a fin de adaptar automáticamente la dependencia predeterminada de la magnitud de vibración del tiempo de penetración para la optimización energética. Un sistema de control inteligente puede, por ejemplo, configurarse para ser capaz de aprender, a fin de incluir los procesos de bateo previamente registrados en la optimización de la energía.A further refined variant of the device provides for configuring the control system to be able to learn, so as to allow previously recorded pounding processes to be included in an energy optimization, in order to automatically adapt the predetermined dependence of the vibration magnitude on the time of penetration for energy optimization. An intelligent control system can, for example, be configured to be able to learn, in order to include previously recorded batting processes in energy optimization.
Resulta además ventajoso acoplar el sistema de control a una unidad de mando para cambiar la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración del tiempo de penetración en tiempo real. De este modo, el operador sigue teniendo la posibilidad, en cada proceso de bateo, de intervenir en un control de la unidad de bateo y, por lo tanto, en el proceso de bateo.It is furthermore advantageous to couple the control system to a control unit in order to change the preset dependence of the vibration magnitude on the penetration time in real time. In this way, the operator still has the possibility, in each tamping process, to intervene in a control of the tamping unit and thus in the tamping process.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La invención se explica a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas. Se muestra en una representación esquemática:The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. It is shown in a schematic representation:
Figura 1 Unidad de bateoFigure 1 Batting unit
Figura 2 Diagrama del comportamiento de penetración optimizadoFigure 2 Diagram of optimized penetration behavior
Descripción de las formas de realizaciónDescription of embodiments
La figura 1 muestra una unidad de bateo 1, representada de forma simplificada, para el bateo de un lecho de balasto 2 por debajo de las traviesas 3 de una vía 4 con un portaherramientas abatible 5 y pares de dos herramientas de bateo opuestas 6. Cada herramienta de bateo 6 está unida, a través de un brazo pivotante 7, a un accionamiento de aproximación hidráulico 8 que sirve al mismo tiempo como accionamiento de vibración 9. El respectivo brazo pivotante 7 presenta un eje pivotante superior 10 en el que se aloja el accionamiento de aproximación 8. El respectivo brazo pivotante 7 se apoya en el portaherramientas 5 de forma giratoria alrededor de un eje pivotante inferior 11. Una unidad de bateo 1 de este tipo está prevista para su instalación en una bateadora o en un satélite de bateo desplazables por una vía 4.Fig. 1 shows a simplified tamping unit 1 for tamping a ballast bed 2 below sleepers 3 of a track 4 with a foldable tool holder 5 and pairs of two opposing tamping tools 6. Each The tamping tool 6 is connected via a pivot arm 7 to a hydraulic approach drive 8 which simultaneously serves as a vibration drive 9. The respective pivot arm 7 has an upper pivot shaft 10 on which the approach drive 8. The respective pivot arm 7 is supported on the tool carrier 5 in a rotatable manner about a lower pivot axis 11. Such a tamping unit 1 is intended for installation on a movable tamping machine or tamping satellite one way 4.
En la figura 2 se representa en un diagrama 12 un desarrollo de la vibración de una herramienta de bateo 6 durante un proceso de penetración. El tiempo de penetración 13 se muestra en el eje de abscisa. El eje de ordenada indica los valores para las desviaciones de vibración 14 (oscilación) de las herramientas de bateo 6. Una curva envolvente 15 de las desviaciones de vibración 14 muestra un desarrollo de la amplitud de vibración 16. Con esta curva envolvente 15, la amplitud 16 es, en el presente ejemplo, una magnitud de vibración variable en dependencia del tiempo de penetración 13.In FIG. 2, a vibration sequence of a tamping tool 6 during a penetration process is shown in a diagram 12 . The penetration time 13 is shown on the abscissa axis. The ordinate axis indicates the values for the vibration deviations 14 (oscillation) of the tamping tools 6. An envelope curve 15 of the vibration deviations 14 shows a course of the vibration amplitude 16. With this envelope curve 15, the amplitude 16 is, in the present example, a variable vibration magnitude depending on the penetration time 13.
Concretamente, en dependencia del tiempo de penetración 13, la amplitud 16 aumenta por medio de la curva 15 hasta alcanzar la profundidad de penetración requerida (la amplitud 16 es una función del tiempo de penetración 13). De este modo, en función del tiempo de penetración 13 y, por consiguiente, de la resistencia del lecho de balasto 2, se preestablece automáticamente la amplitud de vibración 16 óptima desde un punto de vista energético. No es necesaria ninguna identificación previa de la superestructura ni de su dureza de balasto. La curva 15 representada en la figura 2 presenta un desarrollo lineal a modo de ejemplo.Specifically, depending on the penetration time 13, the amplitude 16 increases by means of the curve 15 until the required penetration depth is reached (the amplitude 16 is a function of the penetration time 13). In this way, depending on the penetration time 13 and, consequently, on the resistance of the ballast bed 2, the optimum vibration amplitude 16 is automatically preset from an energetic point of view. No prior identification of the superstructure or its ballast hardness is necessary. The curve 15 represented in FIG. 2 shows a linear development by way of example.
En el diagrama, las dos líneas verticales 17, 18 muestran respectivamente el alcance de una profundidad de penetración preestablecida. La primera línea vertical 17 corresponde a un lecho de balasto suelto 2 con una resistencia reducida. Aquí, el proceso de penetración ya se ha completado tras un breve tiempo de penetración 13, manteniéndose una pequeña amplitud de vibración 16.In the diagram, the two vertical lines 17, 18 respectively show the extent of a preset penetration depth. The first vertical line 17 corresponds to a loose ballast bed 2 with reduced resistance. Here, the penetration process is already completed after a short penetration time 13, while a small vibration amplitude 16 is maintained.
La segunda línea vertical 18 corresponde a un lecho de balasto duro 2 con una alta resistencia. Durante el tiempo de penetración más largo 13, la amplitud 16 aumenta conforme a la curva 15 hasta que el proceso de penetración se completa con una desviación máxima de las herramientas de bateo 6. En caso de un lecho de balasto 2 más duro, el proceso de penetración dura más tiempo y, como consecuencia, se preestablece automáticamente la amplitud óptima 16.The second vertical line 18 corresponds to a hard ballast bed 2 with a high resistance. During the longest penetration time 13, the amplitude 16 increases according to curve 15 until the penetration process is complete. complete with a maximum deviation of the tamping tools 6. In case of a harder ballast bed 2, the penetration process takes longer and as a consequence the optimal amplitude 16 is automatically preset.
Por ejemplo, la curva 15 se almacena como una función o en forma de tabla en una memoria de un sistema de control 19. También se pueden almacenar varias curvas 15, pudiéndose llevar a cabo, a través de una unidad de mando 20, una selección o una modificación de los parámetros de curva. Con un sistema de control inteligente existe la posibilidad de realizar automáticamente en tiempo real ajustes de la curva 15 preestablecida. En este caso se evalúan, por ejemplo, los procesos de penetración realizados en ese momento, a fin de optimizar el consumo de energía para la penetración de las herramientas de bateo 6. También es posible sacar conclusiones sobre el estado del lecho de balasto 2.For example, the curve 15 is stored as a function or in table form in a memory of a control system 19. Several curves 15 can also be stored, and a selection can be made via a control unit 20. or a modification of the curve parameters. With an intelligent control system there is the possibility to automatically make adjustments of the preset curve 15 in real time. In this case, for example, the penetration processes carried out at that time are evaluated, in order to optimize the energy consumption for the penetration of the tamping tools 6. It is also possible to draw conclusions about the state of the ballast bed 2.
El ajuste de la curva preestablecida 15 también puede referirse a la forma. Por ejemplo, es posible desplazar un inicio de elevación 21 y un final de elevación 22 de un aumento lineal de la amplitud de vibración 16. Los cambios no lineales de las magnitudes de vibración también pueden resultar útiles para reaccionar de forma óptima a las condiciones existentes (por ejemplo, aumento senoidal). Además, las especificaciones de cambio coordinadas para la amplitud 16 y la frecuencia o el período de duración 23 son convenientes para optimizar el movimiento vibratorio de las herramientas de bateo 6 durante un proceso de penetración.The adjustment of the preset curve 15 can also refer to the shape. For example, it is possible to offset a lift start 21 and a lift end 22 of a linear increase in vibration amplitude 16. Non-linear changes in vibration magnitudes can also be useful to optimally react to existing conditions (for example, sinusoidal increase). Furthermore, the coordinated change specifications for the amplitude 16 and the frequency or duration period 23 are convenient for optimizing the vibratory motion of the pounding tools 6 during a penetration process.
Con esta finalidad, el dispositivo comprende un dispositivo de evaluación 24 acoplado al sistema de control 19. Por medio de este dispositivo de evaluación 24 se determina, por ejemplo, la energía necesaria para un proceso de penetración. Aquí, en caso de una generación de vibraciones hidráulica, a la potencia mecánica se le aplica mediante un cilindro de aproximación la siguiente relación:For this purpose, the device comprises an evaluation device 24 coupled to the control system 19. By means of this evaluation device 24, for example, the energy required for a penetration process is determined. Here, in the case of hydraulic vibration generation, the following relationship is applied to the mechanical power by means of an approach cylinder:
p0... presión de alimentación hidráulica [bar]p 0 ... hydraulic supply pressure [bar]
Q...caudal necesario de los cilindros de aproximación.Q...necessary flow rate of the approach cylinders.
El caudal de los cilindros de aproximación puede estimarse con la siguiente fórmula:The flow rate of the approach cylinders can be estimated with the following formula:
Q = (.A¿ + A g 'j .a . f Q = ( .A¿ + A g 'j .a . f
AA . ..Superficie grande del cilindro de aproximación, [m2].A A . ..Large surface area of the approach cylinder, [m 2 ].
AB. ..Superficie pequeña del cilindro de aproximación, [m2] AB . ..Small surface area of the approach cylinder, [m 2 ]
a...Amplitud 16 del cilindro de aproximación, [m]a...Amplitude 16 of the approach cylinder, [m]
f... Frecuencia del movimiento de vibración.f... Frequency of the vibration movement.
En tal caso, la energía necesaria para la penetración por proceso de penetración es la siguiente:In such a case, the energy required for penetration per penetration process is as follows:
t0...Inicio del tiempo de penetración 13 [s],t 0 ...Start of penetration time 13 [s],
t inmersión...Final del tiempo de penetración 13 [s].t immersion ...End of penetration time 13 [s].
En caso de unidades de bateo con un accionamiento excéntrico para la generación de vibraciones, la frecuencia de vibración puede preestablecerse en primer lugar del modo antes descrito. En las variantes con una amplitud de vibración ajustable 16, ésta también puede predeterminarse en dependencia del tiempo de penetración 13 (véase a este respecto la solicitud de patente austríaca con el número de referencia A 60/2017 de la empresa solicitante o la solicitud AT 517999 A1). In the case of tamping units with an eccentric drive for generating vibrations, the vibration frequency can first be preset as described above. In variants with an adjustable vibration amplitude 16, this can also be predetermined depending on the penetration time 13 (see in this regard the Austrian patent application with the reference number A 60/2017 of the applicant company or the application AT 517999 A1).
Claims (10)
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